● 摘要
地面颤振模拟试验是一种近年来新兴的试验手段，其具有无结构缩比假设，试验成本低，重复性好，应用马赫数范围广，便于观测颤振现象等优点，可以有效地弥补传统试验方法的不足，是极具生命力的飞行器防颤振研究的新方法。本文旨在对地面颤振模拟试验的方法进行研究：从原理上验证试验是可行的；并重点解决试验中非定常气动力模拟方法与气动减缩点位置设计方法两个难点；建立完整的地面颤振试验仿真系统，作为真实试验前系统特性研究的实用工具。下面将研究思路与内容概括为三点：(1) 地面颤振模拟试验的原理验证试验这里通过二元翼段模型进行地面颤振模拟试验的原理验证。设计出二元翼段模型的试验方案，并完成试验模型的设计及加工。重点解决了试验中气动力模拟方法及激振器力控方法两个难点。最终实现了二元翼段模型的地面颤振模拟试验。结果发现：试验颤振速度与理论颤振速度误差为10%，符合工程要求，验证了采用激振器模拟气动力，在地面进行模型颤振试验是可行的。(2) 地面颤振模拟试验的难点研究非定常气动力模拟方法和气动减缩点位置设计方法是地面颤振模拟试验的两个难点。建立了在非定常空气动力面元法的基础上，通过数学关系模拟刚性翼面试验气动力，通过曲面样条插值及有理函数近似模拟弹性翼面试验气动力，以及通过气动导数法模拟飞行器机体试验气动力的非定常气动力模拟方法。建立了以颤振关键模态的振型为目标、通过遗传算法搜寻气动减缩点位置的优化模型。通过亚声速与超声速两个算例，验证了上述方法对试验难点处理是有效的。(3) 地面颤振试验仿真系统设计与研究硬件特性对于试验可能有一定的影响。建立了既可考虑结构与气动等软件模块，又可考虑激振器与传感器等硬件特性的地面颤振试验仿真系统。以实物模型为算例，研究发现激振器幅值与相位、传感器的频带变化均会对试验结果产生影响，验证了仿真系统的实用性。设计的仿真系统可作为真实试验前系统特性研究的实用工具。